京都大學（Kyoto University）的研究人員利用誘導多能幹細胞（iPSC）重構了人體“分節時鐘segmentation clock”，這是胚胎髮育研究的重點。
這一成果公佈在4月1日的Nature雜誌上。
從受精卵的第一個部分開始，一個複雜的蛋白質和基因網絡相互作用，構建形成了我們器官的細胞模式。就像鐘擺一樣，每個擺動和脈衝都需要仔細對齊，保持形成生命的節奏。
但是，人類早期發育還有許多未解之謎，一個關鍵原因是缺乏能夠複製這些複雜生物過程的實驗模型。
京都大學研究小組負責人Cantas Alev解釋說：“例如，在人類受精後約20天，即發生了所謂的‘體節發生（Somitogenesis）’的過程。這是胚胎髮育出‘somites’的明顯節段，確定身體的基本分段模式的時候。” “ Somites最終有助於椎骨和肋骨的形成。”
體節的出現是由“分節時鐘”決定的，這個時鐘也就是控制和指導somites的遺傳振盪器。儘管科學家們已經在小鼠，雞和斑馬魚中研究了分節時鐘基因及其在發育中的作用，但對人體中它的作用依然一無所知。
解決這個問題的一種方法就是使用幹細胞重建時鐘。在Nature雜誌上發表的論文中，京都大學的研究團隊利用人體iPS細胞形成“前體中胚層”，即Somites的前體細胞。
“我們從模仿早期發育過程中活躍的信號通路開始。運用在胚胎學中的知識，成功地產生了前體中胚層（PSM）及其後代的培養物，” Alev說道， “研究有節奏的模式表達的基因不僅表明它們振盪了五個小時，而且還揭示了我們尋找的分節時鐘的新遺傳成分。”
除了簡單的基因振盪，研究小組還複製了分節時鐘的第二個標誌，即表達“波”。然後，他們使用基因編輯技術評估了與脊柱變形有關的關鍵基因的功能。
不出所料，這些基因的突變極大地改變了分節時鐘的各個方面，包括同步和振盪。之後研究人員進一步從患有上述遺傳缺陷的患者體內獲得了iPS細胞，確定了所涉及的突變，並進行了糾正。
這項研究表明，iPS細胞可以用於闡述人類胚胎髮育和其他複雜生物過程的各個方面。
“像許多發育生物學家一樣，我著迷於胚胎和胚胎髮育。人體通過非常簡單的初始結構形成複雜的器官和組織，這令人震驚。我希望重建和分析胚胎髮育的許多其他方面，擴大我們的研究範圍。”
參考文獻
Recapitulating the Human Segmentation Clock with Pluripotent Stem Cells
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